在线式双变换UPS系统的制作方法

本实用新型涉及一种在线式双变换UPS系统，尤其涉及带充电电路的在线式双变换UPS系统。

背景技术：

在线式双变换UPS系统包括主电路和辅助供电电路，主电路包括整流电路、逆变电路，辅助供电电路包括蓄电池，充电电路，放电电路，市电输入正常时，将市电接入UPS，交流市电经整流电路和逆变电路变换后输出一定频率的交流电，同时对蓄电池进行充电，当市电输入异常时，UPS系统断开与市电的连接，接入蓄电池，蓄电池进行放电，蓄电池提供的直流电经逆变器变换后输出一定频率的交流电，保证负载的正常运行。

常见的UPS系统电路原理图如图2所示，蓄电池通过充电电路与主电路母线相连，市电输入正常时，充电电路导通并从正负直流母线取电后对蓄电池进行充电，市电输入异常时，UPS系统断开与市电的连接，同时断开充电电路，接通放电电路，蓄电池通过放电电路与整流电路输出端相连，继续供电；目前充电电路一般使用反激或者正激隔离变换器，其缺点是效率低，该类充电器使用的是低成本的电源管理驱动芯片，其充电电流及充电电压只能设定在某一个或两个值，充电过程中不能做出任意的调整，电压电流不可连续控制，不能实现充电器的数字化。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提出在线式双变换UPS系统，该方案可以解决充电电路开关动作慢于放电电路开关动作引起的母线与电池相连端短路的问题。

本实用新型的技术实施方案是：在线式双变换UPS系统，包括市电输入电路、UPS主电路、电池组、充电电路和放电电路，所述UPS主电路包括整流电路、逆变电路，所述电池组经放电电路向所述UPS主电路供电，市电输入电路或所述UPS主电路通过充电电路给电池组充电，所述充电电路为BUCK电路，所述BUCK电路的正负输入线上均连接有开关管，且其中至少有一条输入线上还连有与开关管相串联的电感。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述UPS主电路还包括DC/DC变换电路。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述BUCK电路的正输入端连接到所述UPS主电路的的正母线上，所述BUCK电路的负输入端连接到所述UPS主电路的负母线上。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述BUCK电路包含有用于充放电的第四电容，还包含有第十三开关和第十四开关，所述第四电容的正极与所述电池组的正极之间连接有第十三开关，所述第四电容的负极与所述电池组的负极之间连接有第十四开关，所述第十三开关和第十四开关用于控制所述UPS系统的电池组的充电的通断。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述充电电路的第十三开关和第十四开关为继电器。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述放电电路包括多个可控开关，所述电池组的正极与所述整流电路的正输出端之间以及所述电池组的负极与所述整流电路的负输出端之间分别连接有所述可控开关，用于控制所述UPS系统的电池组的供电的通断。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述UPS系统为单相输入单相输出型UPS系统，所述放电电路的可控开关为第七开关和第八开关，所述电池组的正极与所述整流电路的正输出端之间连接有第七开关，所述电池组的负极与所述整流电路的负输出端之间连接有第八开关。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述UPS系统为三相输入三相输出或三相输入单相输出型UPS系统，所述整流电路为维也纳整流电路，所述UPS主电路包含三路独立且相同的支路，所述每条支路包含一单相整流电路和DC/DC变换电路，所述市电输入电路的三相输出端与所述支路一一对应，所述可控开关分别为第七至第十二开关，所述每一支路的整流电路的正输出端与所述电池组的正极之间以及所述整流电路的负输出端与所述电池组的负极之间均连接有一所述可控开关。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述放电电路的可控开关为晶闸管。

基于上述目的，本实用新型的进一步改进方案是：所述DC/DC变换电路包含串联后跨接在正负直流母线之间的第一开关管和第二开关管，所述第一开关管输入端与所述整流电路正输出端之间连有第一电感，所述第二开关管输出端与所述整流电路负输出端之间连有第二电感，所述正负直流母线之间还接有串联的第一电容和第二电容，所述第一开关管和第二开关管的交点、第一电容和第二电容的交点耦合到交流零线上。

有益效果

本实用新型由于采用上述方案，本发明采用BUCK充电电路，用母线直流电压对电池充电，控制器通过BUCK电路的正负输入线上的开关管的PWM占空比，可实现充电电流和充电电压的连续可调，同时BUCK电路是一种极其高效的DC/DC变换器，改进后的BUCK电路至少采用两开关管和一电感，比普通的BUCK电路多出一路开关管，此种设计能防止当充电电路开关动作慢于放电电路开关引起的电池组正极与正母线之间或者电池组负极和负母线之间短路的现象，增加开关管后，在放电电路的开关开通之前将开关管关断，最后再断开充电电路开关就不会造成短路现象。

附图说明

图1为本实用新型在线式双变换UPS系统的系统框图；

图2为本现有技术在线式双变换UPS系统原理图；

图3为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型电路原理图；

图4A为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型市电模式正半周等效电路图；

图4B为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型市电模式负半周等效电路图；

图4C为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型电池模式正半周等效电路图；

图4D为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型电池模式负半周等效电路图；

图5为本实用新型在线式双变换UPS系统三进单出型电路原理图；

图6为本实用新型在线式双变换UPS系统三进三出型电路原理图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案的原理及优点更加清晰，以下结合附图及具体实施方案，对本实用新型进行进一步详细说明。在本实施方式中，所描述的具体实施方案仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

实施例一

如图1所示，为本实用新型在线式双变换UPS系统的系统框图。在线式双变换UPS系统，包括市电输入电路、UPS主电路、电池组、充电电路和放电电路，所述电池组经放电电路向所述UPS主电路供电，所述UPS主电路通过充电电路给电池组充电。电池组通过主回路取电，当然与本实施例不同,电池组也可以通过充电电路从市电输入电路取电。所述UPS主电路包括：整流电路、DC/DC转换电路和逆变电路，其中整流电路中的整流桥臂开关管优选晶闸管或IGBT，能可控整流桥的通断；所述DC/DC电路包括第一电感L1、第二电感L2、第一开关管Q1、第二开关管Q2、第一二极管D1、第二二极管D2和第一电容C1、第二电容C2，所述第一电感L1和第二电感L2一端分别与各路整流桥的正输出端和负输出端相连，另一端跨接有相串联的第一开关管Q1、第二开关管Q2，另一端还分别与第一二极管D1和第二二极管D2的一端相连，第一二极管D1和第二二极管D2的另一端分别跨接有相串联的第一电容C1和第二电容C2，DC/DC电路中的第一开关管Q1、第二开关管Q2的相接点和正负母线之间第一电容C1、第二电容C2的相接点均耦合到交流零线N，即中性线；如图3所示，所述充电电路为BUCK电路，所述BUCK电路从所述UPS主电路中的正负直流母线上取电。BUCK充电电路的正输入端与UPS正直流母线相连，BUCK充电电路的负输出端与UPS负直流母线相连，所述BUCK电路包括第三开关管Q7、第三电感L3、第四开关管Q8、第四电感L4、第三电容C3、第四电容C4、第五二极管D5、第十三开关RLY1、第十四开关RLY2、第三二极管D3、第六二极管D6，所述第三开关管Q7、第三电感L3、第五二极管D5和第十三开关RLY1相串联，两端分别接于正母线输出端和电池组正极，所述第四开关管Q8、第四电感L4、第六二极管D6和第十四开关RLY2相串联，两端分别接于负母线输入端和电池组负极，所述第四电容C4接于第三电感L3与第五二极管D5相连端和第四电感L4与第六二极管D6相连端，所述第三二极管D3接于第三开关管Q7与第三电感L3相连端和第四开关管Q8与第四电感L4相连端。第三电容跨接于正负直流母线上，当第三开关管Q7和第四开关管Q8开通时可从正负直流母线取电；所述第十三开关RLY1和第十四开关RLY2分别接于充电电路的正负输出端，所述第十三开关和第十四开关可选用继电器。它们分别与电池组的正负极相连，通过继电器的开通关断控制对电池组的充电过程，放电电路包括第七可控开关S7、第八可控开关S8，通过放电电路可分别将电池组正负极与整流电路正负输出端相连，通过控制第七可控开关S7、第八可控开关S8的开通关断来控制放电。

对于上述BUCK充电电路，可以根据不同的设计采用不同的电路形式，例如：所述BUCK充电电路的正输入线上连有相串联的第三开关管和第三电感而所述BUCK充电电路的负输入线上只连有一个第四开关管，或者所述BUCK充电电路的负输入线上连有相串联的第四开关管和第四电感而所述BUCK充电电路的正输入线上只连有一个第三开关管，或者所述BUCK充电电路的负输入线上连有相串联的第四开关管和第四电感且所述BUCK充电电路的正输入线上连有相串联的第三开关管和第三电感。增加第四电感后，即使某些工况下增加的第四开关管后于放电开关关断也能保证短路电路之间有第四电感隔开。当然还可以根据需要采用别的电路形式。

如图4A、图4B、图4C和图4D所示为本实用新型在线式双变换UPS系统单进单出型市电模式正半周等效电路图、市电模式负半周等效电路图、电池模式正半周等效电路图和电池模式负半周等效电路图。本实用新型具体的操作过程为：

市电输入正常时，第一开关S1、第二开关S2开通，第七可控开关S7、第八可控开关S8关断，第九开关RLY1、第十开关RLY2即继电器吸合开通，由市电供电，且充电电路对蓄电池充电；

市电输入异常时，第一开关S1、第二开关S2关断，第三开关管Q7、第四开关管Q8停止发PWM，继电器关断，充电电路与蓄电池断开连接，充电结束，第七可控开关S7、第八可控开关S8开通，放电电路导通，电池组通过放电电路为主电路供电，由此完成市电转电池组的过程；

市电恢复正常时，第七可控开关S7、第八可控开关S8关断，断开放电电路，第一开关S1、第二开关S2开通，由市电供电，继电器吸合开通，连接充电电路，充电电路对电池组充电；

充放电电路中的开关可以是晶闸管、继电器、MOSFET、IGBT等可控开关器件。

实施例二

如图5所示为一种三进单出型UPS系统，其电路原理图与上述单进单出型电路相似，只是整流电路包括三个整流桥臂；针对三进单出机型，当UPS输入电压处于正常范围内时，第一开关至第六开关S1～S6处于导通状态，第七可控开关S7、第八可控开关S8处于关断状态，第十三开关RLY1、第十四开关RLY2处于吸合状态，此时充电电路正常工作，将UPS正负母线电压经降压后提供给电池，完成电池充电的功能；当UPS输入电压处于非正常范围内时，第一至第六开关S1～S6处于关断状态，第七可控开关S7、第八可控开关S8处于开通状态，第十三开关RLY1、第十四开关RLY2处于关断状态，此时充电电路不工作，电池电压经DC/DC电路升高到母线电压，从而完成电池放电的功能。

实施例三

如图6所示，对于于三进三出型UPS系统，其电路原理图中的主电路图采用维也纳整流电路，包括三路相同的单相整流电路、DC/DC电路，且每相电流对应一路，放电电路分别通过可控开关与该三相电路的整流输出端相连。针对三进三出机型，当UPS输入电压处于正常范围内时，第一至第六开关S1～S6处于导通状态，第七可控开关至第十二可控开关S7～S12处于关断状态，第十三、第十四开关RLY1、RLY2处于吸合状态，此时充电电路正常工作，将UPS正负母线电压经BUCK电路降压后提供给电池，完成电池充电的功能；当UPS输入电压处于非正常范围内时，第一至第六开关S1～S6处于关断状态，第七可控开关至第十二可控开关S7～S12处于开通状态，第九、第十开关RLY1、RLY2处于断开状态，此时充电电路不工作，电池电压经DC/DC电路升高到母线电压，从而完成电池放电的功能。

本发明采用维也纳整流电路能增加电路的稳定性。本发明结合维也纳整流电路与BUCK电路，能大幅提高充电效率和输入功率因数，充电电路的输入从UPS的正母线和负母线取电，输出接到电池组正负极，这样充电器工作时能显著降低UPS的EMI(传导及辐射骚扰)，符合当下国家倡导绿色、高效、节能的理念。

以上应用了具体个例对本实用新型进行阐述，只是用于帮助理解本实用新型，并不用以限制本实用新型。对于本实用新型所属技术领域的技术人员，依据本实用新型的思想，还可以做出若干简单推演、变形或替换。